Астрономы назвали точный возраст вселенной

Ограничения в возрасте

Начать объяснение для детей касательно возраста космоса стоит с напоминания, что Вселенная не способна быть младше своих объектов. Так что, находя самые старые звезды, мы можем устанавливать возрастные границы. Цикл существования звезды всегда рассчитывается на основе ее массы. Чем она больше, тем меньше срок. Например, звезда, которая в 10 раз превосходит наше Солнце, истратит внутреннее топливо за 20 миллионов лет. А вот та, что достигнет лишь половины его массы, сможет светить больше 20 миллиардов лет. Масса также оказывает воздействие на уровень яркости (светимость) – чем больше масса, тем ярче.

Плотные звездные скопления (шаровые) похожи по своим характеристикам. Наиболее известные для ученых содержат звезды с возрастом в 11-18 миллиардов лет. Дети могут удивиться такому большому скачку, но он возникает из-за трудностей измерения дистанции к группам. Это изменяет оценивание яркости и массы. Например, если расположена дальше, чем предполагалось в расчетах, то она окажется намного ярче, массивнее, а значит и моложе.

Такая неопределенность вынуждает ставить минимальный предел для возраста Вселенной – 11 миллиардов лет. То есть, она способна быть «старее», но уж точно не моложе.

Методы определения возраста Вселенной

Сколько лет Вселенной? Перед тем как пытаться это выяснить, стоит заметить, что её возраст считается от момента Большого взрыва. На сегодня никто не может утверждать с полной уверенностью, сколько лет назад появилась Вселенная. Если просматривать тенденцию, то со временем учёные приходят к выводу, что её возраст больше, чем считалось ранее.

Последние вычисления учёных показывают, что возраст нашей Вселенной составляет 13,75±0,13 миллиардов лет. По мнению некоторых специалистов, конечная цифра может быть пересмотрена в ближайшее время и скорректирована до пятнадцати миллиардов лет.

Современный способ оценки возраста космического пространства базируется на изучении «древних» звёзд, скоплений и неразвившихся объектов космоса. Технология вычисления возраста Вселенной – сложный и ёмкий процесс. Мы рассмотрим лишь некоторые принципы и способы расчётов.

Эволюция Вселенной и этапы её развития

На сегодня принято выделять следующие фазы развития Вселенной:

1. Планковское время — период от 10-43 до 10-11 секунд. В этот короткий промежуток времени, как полагают учёные, гравитационная сила «отделилась» от остальных сил взаимодействия.
2. Эпоха рождения кварков – от 10-11 до 10-2 секунд. В этот период произошло зарождение кварков и разделение известных физических сил взаимодействия.
3. Современная эпоха — началась через 0,01 секунду после Большого взрыва и длится сейчас. В этот промежуток времени образовались все элементарные частицы, атомы, молекулы, звезды и галактики.

Стоит отметить, что важным периодом в развитии Вселенной считается время, когда она стала прозрачной для излучения – через триста восемьдесят тысяч лет после Большого взрыва.

Расширение

Родители или в школе должны объяснить для самых маленьких детей, что наша Вселенная не замерла, она расширяется. Выяснив скорость этого процесса, можно рассчитать и возраст. Это число называют «константа Хаббла», и оно играет наиболее важную роль во всех этих вычислениях.

На значение постоянной Хаббла влияет ряд критериев. Это тип доминирующей материи. Исследователям необходимо определить часть регулярной и темного материи в темной энергии. Имеет вес и плотность. Чем она ниже, тем старше Вселенная.

Чтобы получить точные сведения о составных компонентах и плотности, исследователи используют миссию НАСА WMAP (изучение реликтового излучения) и космическую обсерваторию Планка. Измеряя остатки теплового излучения от Большого Взрыва, можно вычислить плотность, состав и скорость.

В 2012 году WMAP определил показатель возраста Вселенной в 13.772 миллиарда лет (неопределенность – 59 миллионов лет). В 2013 году Обсерватория Планка показала результаты в 13.82 миллиарда. Они попадают в лимит (11 миллиардов лет).

Герои космоса России

Согласно информации ЦПК им. Ю.А. Гагарина, на сегодняшний день 24 действующих космонавта: 23 мужчины и 1 женщина.

Только половина из них летали. На счету пока единственного из них, Кононенко О.Д., 4 полета.

За всю историю покорения космических просторов 122 наших соотечественника отправились на орбиту. Из них 4 женщины. Уже нет в живых 40 покорителей космоса.

Мы не только оказались первыми покорителями Вселенной, но и сохранились в истории:

• суточный полет Г. Титова;
• выход в открытый космос А. Леонова;
• женщина-космонавт В. Терешкова.

Этим наследием советского прошлого мы можем гордиться.

Интересная статистика! Полет Гагарина Союзу обошёлся в почти 3 трлн руб. в современных деньгах.

Среди достижений российских космонавтов – количество полётов. Всего двоим пока, С. Крикалёву и Ю. Маленченко, удалось 6 раз побывать на орбите. К тому же эти двое и Г. Падалка провели в полете более 800 дней (803, 827 и 878, соответственно).

А.А. Соловьёв лидирует по числу выходов в космос (16) и проведённому там времени (82 часа 22 минуты).

Самый первый отряд

Он был небольшим, официально назывался «Группа ВВС № 1». Всего 20 молодых и здоровых парней.

Отбор в него был сложным. Сначала медики искали подходящие кандидатуры молодых офицеров по воинским частям. Из 3 456 человек после трех этапов осталось 29 летчиков.

В состав отряда в марте 1960 г. вошли 20 чел.:

• ВВС – 9;
• ПВО – 6;
• морской авиации – 5.

Самому молодому В. Бондаренко было 23 года, а старшему П. Беляеву – 35 лет. Остальные 9 переведены в «резерв».

Фото с сайта ЦПС

Из отряда летом 1960 г. была выделена шестерка. В нее вошли:

• Быковский Валерий;
• Гагарин Юрий;
• Нелюбов Григорий;
• Николаев Андриян;
• Попович Павел;
• Титов Герман.

В марте 1962 г. в мужской отряд влились 5 девушек. Сначала Ирина Соловьёва, Татьяна Кузнецова и Валентина Терешкова – все они активно занимались парашютным спортом. А затем еще двое: Валентина Пономарёва и Жанна Ёркина.

Так уж судьба сложилась, что только одна из них летала.

Фото: ЦПК

Сегодня уже не найти специалиста, который перечислит по памяти всех 122 космонавтов. Но тех, самых первых, мог поименно назвать любой советский школьник. История этих отважных офицеров сохранится на века. Они открывали космическую эру планеты.

Из того самого первого набора жив один-единственный Б. Волынов. В 1990 г. он достиг предельного возраста и на этом основании выбыл из отряда. Дважды Герой СССР, летчик-космонавт Волынов – почетный гражданин городов: Калуга, Прокопьевск, Кустанай, Магадан, Иркутск, болгарская София и польский Калыш.

В истории осталась еще не одна сотня космических полетов и новые герои-покорители звездных просторов.

В тему! За особые заслуги: кому назначают государственную пенсию космонавта.

Современность

Как сообщает ЦПК, сегодня продолжается работа 61-й экспедиции на МКС.

По информации ЦПК, в октябре 2019 г. штатную посадку совершил спускаемый аппарат транспортного пилотируемого корабля «Союз МС-12», а 6 февраля 2020 г. – «Союз МС-13». На первом вернулись домой А. Овчинин (РФ), Ник Хейг (США) и Хазза Аль Мансури (ОАЭ), на втором – А. Скворцов (РФ), Лука Пармитано и Кристина Кук (США).

На станции остался состав 62-й экспедиции: О. Скрипочка, Эндрю Морган и Джессика Меир. Их возвращение на Землю на «Союз МС-15» ожидается 17 апреля 2020 г.

Фото: 62 экспедиция

Уже назначена дата запуска к МКС пилотируемого корабля «Союз МС-16» с членами экспедиции МКС-63 на борту: А. Иванишин, И. Вагнер и Крис Кэссиди. Старт состоится 9 апреля 2020 г. с космодрома Байконур.

Справка! До 01.06.2020 продолжается открытый отбор в действующий отряд космонавтов, который стартовал 3 июня 2019 г. Заявки от выносливых, сильных, образованных и целеустремленных россиян до 36 лет принимают в Роскосмосе и ЦПК.

А Вы хотели стать космонавтом?

Да, кто же в детстве не мечтал стать космонавтом
Нет, у меня были другие мечты

Большой Взрыв

Для выяснения возрастных параметров Вселенной необходимо понимать – она расширяется и остывает, с учётом факта, что в прошлом Галактика была плотнее, горячее. В древнейшие времена Вселенная имела меньший объём, а длины фотоновых частиц – были короче. До нынешнего значения последние элементы растянулись за счёт расширения пространства. Энергию и температуру фотона определяет его длина. Чем дальше возвращаться по времени, тем выше будут показатели, пока не достигнут стадии Большого Взрыва.

В соответствии с законами теории относительности, Вселенная типа нашей, обладает:

• однородной плотностью, независимо от масштабов;
• идентичными свойствами во всех местах;
• одинаковыми характеристиками в любых направлениях;
• возникновением большого Взрыва одновременно в каждой точке.

Имеется уникальное взаимодействие между возрастом Галактики и её расширением в период эволюции. Если была бы возможность измерить последний показатель, с учётом величины, на которую Вселенная расширилась до настоящего времени, человечество точно бы знало, из каких компонентов формировалось мироздание.

Какого размера Вселенная?

И все же к вопросу размеров Вселенной мы пока не приблизились ни на йоту. Поэтому переходим к ультимативному средству измерений, основанному на принципе красного сдвига (или красного смещения). Суть красного смещения аналогична принципу работы эффекта Доплера. Вспомните железнодорожный переезд. Никогда не замечали, как звучание гудка поезда изменяется в зависимости от расстояния, усиливаясь при приближении и становясь тише при отдалении?

Свет работает примерно так же. Посмотрите на спектрограмму выше, видите черные линии? Они указывают на границы поглощения цвета химическими элементами, находящимися внутри и вокруг источника света. Чем больше сдвинуты линии к красной части спектра — тем дальше объект находится от нас. На основе подобных спектрограмм ученые также определяют то, насколько быстро объект двигается от нас.

Так мы плавно и подобрались к нашему ответу. Большая часть света, подвергшаяся красному смещению, принадлежит галактикам, возраст которых около 13,8 миллиарда лет.

Микроволновое излучение

Карта распределения реликтового излучения. Смотреть в полном размере.

30 июня 2001 года NASA запустила в космос аппарат под названием Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WNAP), задача которого изучать реликтовое излучение. При помощи результатов его наблюдений была построена новая карта (с разрешением в 35 раз больше, нежели предыдущая) распределения реликтового, микроволнового излучения. Анализируя эту карту, помимо насыщенной полосы в центре, излучаемой Млечным Путем, можно заметить распределение реликтового излучения за его пределами. Явно видимые неоднородности формируют пятнистую структуру, причем неравномерную. Подробное изучение этой структуры дает возможность точно оценить время, которое понадобилось для ее образования, вследствие Большого Взрыва. Оно составляет 13,7 ± 0,2 млрд лет.

При помощи описанных выше методов, ученые смогли достаточно точно определить возраст Вселенной, что несет первостепенное значение для космологии, а также для понимая нашего мироздания в целом.

0 — 380 000 лет: от сингулярности до появления водорода и гелия

Граница безграничного

Первый вопрос, который приходит в голову обычному человеку – как Вселенная вообще не может быть бесконечной? Казалось бы, бесспорным является то, что вместилище всего сущего вокруг нас не должно иметь границ. Если эти границы и существуют, то что они вообще собой представляют?

Допустим, какой-нибудь астронавт долетел до границ Вселенной. Что он увидит перед собой? Твёрдую стену? Огненный барьер? А что за ней – пустота? Другая Вселенная? Но разве пустота или другая Вселенная могут означать, что мы на границе мироздания? Ведь это не означает, что там находится «ничего». Пустота и другая Вселенная – это тоже «что-то». А ведь Вселенная – это то, что содержит абсолютно всё «что-то».

Мы приходим к абсолютному противоречию. Получается, граница Вселенной должна скрывать от нас что-то, чего не должно быть. Или граница Вселенной должна отгораживать «всё» от «чего-то», но ведь это «что-то» должно быть также частью «всего». В общем, полный абсурд. Тогда как учёные могут заявлять о граничном размере, массе и даже возрасте нашей Вселенной? Эти значения хоть и невообразимо велики, но всё же конечны. Наука спорит с очевидным? Чтобы разобраться с этим, давайте для начала проследим, как люди пришли к современному понимаю Вселенной.

Объяснение

Модель согласования Лямбда-CDM описывает эволюцию Вселенной от очень однородного, горячего и плотного изначального состояния до нынешнего состояния в течение примерно 13,77 миллиардов лет космологического времени . Эта модель хорошо изучена теоретически и полностью поддерживается недавними высокоточными астрономическими наблюдениями, такими как WMAP . Напротив, теории происхождения изначального состояния остаются весьма умозрительными. Если экстраполировать модель лямбда-CDM назад от самого раннего хорошо изученного состояния, она быстро (в течение небольшой доли секунды) достигает сингулярности . Это известно как « начальная сингулярность » или « сингулярность Большого взрыва ». Эта особенность не понимается как имеющая физическое значение в обычном смысле, но удобно указать времена, измеренные «с момента Большого взрыва», даже если они не соответствуют физически измеримому времени. Например, « 10-6 секунд после Большого взрыва» — это четко определенная эпоха в эволюции Вселенной. Если бы кто-то называл ту же эпоху «13,77 миллиарда лет минус 10 −6 секунд назад», точность значения была бы потеряна, потому что крохотный последний временной интервал затмевается неопределенностью в первом.

Хотя теоретически Вселенная может иметь более долгую историю, Международный астрономический союз в настоящее время использует термин «возраст Вселенной» для обозначения продолжительности расширения Лямбда-CDM или, что эквивалентно, времени, прошедшего с момента Большого взрыва в текущей наблюдаемой Вселенной. .

Масштабы Вселенной

Чтобы хотя бы немного приблизиться к ответу на вопрос, каковы размеры Вселенной, необходимо оценить масштабы отдельных ее частей. Для человека обогнуть земной шар задача сложная, но вполне выполнимая. А теперь представьте, что наша планета по сравнению с Сатурном, как монетка в сравнении с баскетбольным мячом. А по отношению к Солнцу Земля вообще выглядит как маленькое зернышко.

Вся Солнечная система также не обладает значительной протяженностью в масштабе Вселенной. Если рассматривать пределом системы границу гелиосферы, ее протяженность составляет около 120 астрономических единиц. При этом за одну а.е. принимают расстояние, равное ~ 150 млрд. км. А теперь представьте, что диаметр всей галактики Млечный путь, частью которой является Солнце с окружающими его планетами, равен 1 квинтиллиону километров. Это число в 18 нулями.  А само скопление разных небесных тел содержит, по разным подсчетам, от 2*1011 до 4*1011 звезд, большинство из которых превосходят по размерам наше небесное светило.

И ведь Млечный путь – не единственная галактика во всем космическом пространстве. На звездном небе Земли невооруженным глазом можно рассмотреть соседние звездные скопления: Андромеду, Большое и Малое Магеллановы облака. Расстояния до них измеряется в мегапарсеках — в миллионах световых лет. И каждая из них также простирается на немыслимые для человеческого разума расстояния.

Все скопления звезд группируются в крупномасштабные объединения – группы галактик. К примеру, Млечный путь и соседние формирования входят в Местную группу диаметром около 1 мегапарсека. Представьте, для того, чтобы лучу света пройти ее из одного конца в другой, понадобится 3,2 млн. лет.

Но и эта величина не является самой большой. Группы галактик, в свою очередь, объединены в сверхскопления или суперкластер. Эти крупномасштабные вселенские  структуры содержат сотни и тысячи галактических групп и миллионы звездных формирований. Так, в Суперкластере Девы, куда входит Млечный путь, расположено более 100 групп галактик. Протяженность этой структуры составляет более 200 млн. световых лет и эта лишь часть гигантского формирования Ланиакея.

Центр тяжести Ланиакеи – сверхскопление Великий аттрактор, притягивает к себе все остальные структуры этой части космического пространства. Его можно смело назвать центром Вселенной, с оговоркой, что это лишь сердцевина познанного нами космоса. Вся же Ланиакея имеет диаметр более 500 млн. световых лет. И, чтобы в окончательно осознали масштабы Вселенной, представьте, что это гигантское образование – всего лишь  та малая часть космоса, которую смог обозреть и представить человек.

Факты о Вселенной, которые кажутся фейком, но на самом деле на 100% правдивы

Поиск способов представить точные размеры Вселенной — занятие заведомо провальное, да и просто скажем — откровенно глупое. Но невероятные пространства окружающей нас черноты вовсе не означают, что попытки познания космоса проводить не нужно. Еще как нужно!

Знать объемы Вселенной, хотя бы очень и очень приблизительные, полезно даже обычному человеку, а не астрофизику или астрономам. Ведь все познается в сравнении, и это, во-первых, полезно для саморазвития, а во-вторых — просто интересно. Ведь кто бы мог подумать, что такие чудеса могут происходить в мире?!

Имея дело с порядками огромных и невероятно больших чисел, которые определяют Вселенную, легко потеряться в абстрактности, но не понять конкретных масштабов. Чтобы настроиться на нужный лад, можно провести один практический эксперимент. Ответьте на вопрос: сколько дней составляет 1 000 000 секунд? Ответ будет следующий: 11.5 дней. Теперь немного проще понять значение этого относительного числа на рельном временном отрезке.

Что ж, теперь вы готовы к восприятию 12 нестандартных фактов о размерах Вселенной .

Охлаждение Вселенной

После взрыва все должно было снизить температуру.

Со снижением плотности и температуры внутри Вселенной начало происходить и снижение энергии в каждой частице. Это переходное состояние длилось до тех пор, пока фундаментальные силы и элементарные частицы не пришли к своей нынешней форме. Так как энергия частиц опустилась до значений, которые можно сегодня достичь в рамках экспериментов, действительное возможное наличие этого временного периода вызывает у ученых куда меньше споров.

Например, ученые считают, что на 10-11 секунде после Большого взрыва энергия частиц значительно уменьшилась. Примерно на 10-6 секунде кварки и глюоны начали образовывать барионы — протоны и нейтроны. Кварки стали преобладать над антикварками, что в свою очередь привело к преобладанию барионов над антибарионами.

Так как температура была уже недостаточно высокой для создания новых протонно-антипротонных пар (или нейтронно-антинейтронных пар), последовало массовое разрушение этих частиц, что привело к остатку только 1/1010 количества изначальных протонов и нейтронов и полному исчезновению их античастиц. Аналогичный процесс произошел спустя около 1 секунды после Большого взрыва. Только «жертвами» на этот раз стали электроны и позитроны. После массового уничтожения оставшиеся протоны, нейтроны и электроны прекратили свое беспорядочное движение, а энергетическая плотность Вселенной была заполнена фотонами и в меньшей степени нейтрино.

В течение первых минут расширения Вселенной начался период нуклеосинтеза (синтез химических элементов). Благодаря падению температуры до 1 миллиарда кельвинов и снижения плотности энергии примерно до значений, эквивалентных плотности воздуха, нейтроны и протоны начали смешиваться и образовывать первый стабильный изотоп водорода (дейтерий), а также атомы гелия. Тем не менее большинство протонов во Вселенной остались в качестве несвязных ядер атомов водорода.

Спустя около 379 000 лет электроны объединились с этими ядрами водорода и образовали атомы (опять же преимущественно водорода), в то время как радиация отделилась от материи и продолжила практически беспрепятственно расширяться через пространство. Эту радиацию принято называть реликтовым излучением, и она является самым древнейшим источником света во Вселенной.

С расширением реликтовое излучение постепенно теряло свою плотность и энергию и в настоящий момент его температура составляет 2,7260 ± 0,0013 К (-270,424 °C), а энергетическая плотность 0,25 эВ (или 4,005×10-14 Дж/м³; 400–500 фотонов/см³). Реликтовое излучение простирается во всех направлениях и на расстояние около 13,8 миллиарда световых лет, однако оценка его фактического распространения говорит примерно о 46 миллиардах световых годах от центра Вселенной.

Планк

В 2015 году коллаборация Planck оценила возраст Вселенной как13,813 ± 0,038 миллиарда лет, немного больше, но в пределах неопределенности более раннего числа, полученного из данных WMAP.

В таблице ниже цифры находятся в пределах 68% доверительного интервала для базовой модели ΛCDM .

Легенда:

• TT , TE , EE : Спектры мощности космического микроволнового фона (CMB) Planck
• lowP : данные поляризации Планка с малым правдоподобием.
• линзированием : CMB линзированием реконструкция
• ext : Внешние данные (BAO + JLA + H0). BAO: барионные акустические колебания , JLA: совместный анализ кривой блеска , H0: постоянная Хаббла.

В 2018 году Planck Collaboration обновила свою оценку возраста Вселенной до 13,772 ± 0,040 миллиарда лет.

Старые звёздные образования

В этом направлении отмечают несколько важных моментов:

1. В Млечном Пути насчитывается свыше 160 шарообразных звёздных скоплений, количество светил в которых составляет сотни тысяч штук.
2. Подобные звезды сопряжены гравитацией, скорее всего, получены из одного газового облака.
3. Большая часть таких образований сформировалась в одинаковый временной период.
4. В зависимости от габаритов и особенностей строения, у каждой звезды сложился собственный эволюционный путь (некоторые так и остались на этапе белого карлика).
5. Выяснив длительность жизни каждого элемента в скоплении, можно с максимальной точностью выяснить возраст Вселенной.

Телескопическая система «Хаббл» помогла астрономам провести анализ 41 шарообразного объекта Млечного Пути. Это позволило выяснить, что все образования Галактики старше 10 млрд лет, самые древние – более 12,7 млрд. С учётом формирования светил, нижний рубеж Вселенной находится в пределах 13 млрд лет.

Реликтовое излучение

С течением времени реликтовое излучение позволило космологам получить представление о том, насколько велика была Вселенная вскоре после Большого взрыва. В дальнейшем это помогло им вычислить ее размер и скорость расширения в прошлом и сегодня. Но когда измерения ранней и современной вселенных стали более точными, версии начали расходиться. Это несоответствие может намекать на то, что в картине реальности космологов отсутствует нечто более глубокое. Например, связь реликтового излучения с сегодняшним днем предполагает наличие таинственных темной материи и темной энергии, которые, по-видимому, доминируют в нашей Вселенной. Тот факт, что измерения постоянной Хаббла не совпадают, также может указывать на то, что вычисление истинного возраста Вселенной потребует больших усилий.

Новое исследование, судя по всему, прояснит ситуацию. Согласно работе, опубликованной в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, полученные результаты согласуются с данными, ранее полученными астрономическим спутником Европейского космического агентства «Планк», который измерял реликтовое излучения с 2009 по 2013 годы.

Так выглядит карта реликтового излучения, составленная с помощью данных, полученных «Планком».

Более того, новые данные также согласуются с так называемой Стандартной моделью физики элементарных частиц, разработанной в 1970-х годах и усовершенствованной в последующие годы. Стандартная модель заключает в себе лучшее понимание учеными того, как элементарные частицы и фундаментальные силы природы связаны друг с другом.

В общем и целом данные, полученные в ходе нового исследования, придают ученым больше уверенности в измерениях реликтового излучения, а датировка возраста Вселенной в 13,77 млрд лет также соответствует возрасту Вселенной, ранее оцененному с помощью данных со спутника «Планк». Интересно и то, что недавно астрономы обнаружили самую далекую и древнюю галактику во Вселенной.

Похожие записи:

Огненные знаки зодиака: овен, лев, стрелец Гороскоп на сегодня для девушки знака рыбы Ломоносов, михаил васильевич Быстрый полет Значения символов во время гадания на кофейной гуще Рыцарь мечей — значение карты таро